专利名称：一种水热辅助声化学制备硫化钴纳米晶的方法
技术领域：
本发明属于硫化物纳米材料技术领域，具体涉及一种水热辅助声化学制备硫化钴纳米晶的方法。
背景技术：
作为一种无毒、环保的过渡金属硫化物纳米材料，硫化钴除了具有特殊的3d价电子壳层结构外，还具有纳米材料应有的的非线性性质、荧光特性、量子尺寸效应和其它的重要物理化学性质。由于这样的特性，使得纳米CoS材料有着更优越的物理、化学、光学、颜料性能以及更为广泛的用途。经研究发现，硫化钴纳米粒子的禁带宽度大约为3.91eV[S. P.Tandon，J. P. Gupta. Measurement of Forbidden Energy Gap of Semiconductors by Diffuse Reflectance Technique. Physica Status Solidi (b)，1970，381 (1) :363-367]， 硫化钴纳米材料必将在高能量密度电池、太阳能光电材料等这些方面得到广泛的应用 [M. S. Sadjadi, A. Pourahmad, Sh. Sohrabnezhad, K. Zare. Formation of NiS and CoS semiconductor nanoparticles inside mordenite-type zeolite. Materials Letters, 2007,61(14-15) :2923-2926] 超声化学法是利用声空化能加速或控制化学反应，提高反应产率和引发新的化学反应，是近年来出现的一种制备纳米材料的新方法。利用超声化学法制备硫化钴纳米晶，主要由于超声波的空化作用，将在尺度约为微米级的区域产生瞬间的高温和高压[M. Behboudnia, M. H. Majlesara, B. Khanbabaee. Preparation of ZnS nanorods by ultrasonic waves[J]. Materials Science and Engineering B，2005，122 (2) : 160-163]， 另外，超声波作用于溶液时，力学效应可通过搅拌作用，促进离子间相互作用，从而促进化学反应充分进行；声空化作用产生的强烈的冲击波抑制了大胶团的形成；热学效应可促进 CoS凝聚；化学效应可促进氧化还原反应，从而对CoS纳米晶的形成有很好的促进作用。水热法也是近年来发展比较快的一种方法，研究体系一般处于非理想非平衡状态，水热环境中的高温高压状态，使得重要离子间的反应加快，这样大大节省了反应进行所需要的时间
发明内容
本发明的目的是提出一种水热辅助声化学制备硫化钴纳米晶的方法。此方法操作简单，所得的硫化钴纳米晶结晶良好，粒径分散较好。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是1)取1. 16g-5. 80g的分析纯六水硝酸钴(Co (NO3) 2 · 6H20)置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入去离子水，搅拌，配置成40mL的红色透明溶液A ；2)取0. 58g-2. 90g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中搅拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 5-4. OmL的质量浓度为2%的溶液，搅拌均勻得溶液C ；4)取0. 14mL-0. 68mL的(NH4)2S置于小烧杯中，并加入去离子水配置成40mL的溶
3液D ；5)将溶液C放入超声波清洗器中进行震荡，同时逐滴加入溶液D，设定超声时间 10-60min，超声功率 200-500W，超声温度 20_80°C ；6)将超声反应后的溶液加入水热釜中，控制其填充比为50% -80%，之后密封，在 170-210°C反应 6-24h ；7)反应结束后，将水热釜取出冷却至室温，将产物进行分离后，分离后的产物分别用去离子水和无水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中进行干燥，得到黑色的硫化钴纳米晶。由于反应过程中声化学能量产生的高温高压、强烈的冲击波和高速的射流，阻碍了粒子成为大胶团，水热环境的临界状态促使晶粒的结晶性更好，使得所得的产物结晶性很好。此方法制备的硫化钴纳米晶形貌可控，为纳米棒状结构，直径在IOnm左右；且制备工艺简单，操作方便，温度低，能耗小，制备成本较低。
图1是本发明实施例1制备的硫化钴纳米晶的透射电子显微照片。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1:1)取2. 32g的分析纯六水硝酸钴(Co(NO3)2 · 6H20)置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入去离子水，搅拌，配置成40mL的红色透明溶液A ；2)取1. 16g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中搅拌得溶液B ；3)向溶液B中加入2. OmL的质量浓度为2%的溶液，搅拌均勻得溶液C ；4)取0. 28mL的(NH4)2S置于小烧杯中，并加入去离子水配置成40mL的溶液D ；5)将溶液C放入超声波清洗器中进行震荡，同时逐滴加入溶液D，设定超声时间 30min，超声功率300W，超声温度80°C ；6)将超声反应后的溶液加入水热釜中，控制其填充比为8 %，之后密封，在190 V 反应24h ；7)反应结束后，将水热釜取出冷却至室温，将产物进行分离后，分离后的产物分别用去离子水和无水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中进行干燥，得到黑色的硫化钴纳米晶。将所得的硫化钴纳米晶用透射电子显微镜进行观察，可以看出所制备的样品为纳米棒状结构，直径在IOnm左右(图1)。实施例2 1)取1. 16g的分析纯六水硝酸钴(Co(NO3)2 · 6H20)置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入去离子水，搅拌，配置成40mL的红色透明溶液A ；2)取0. 58g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中搅拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 5mL的质量浓度为2%的溶液，搅拌均勻得溶液C ；4)取0. 14mL的(NH4) 2S置于小烧杯中，并加入去离子水配置成40mL的溶液D ；5)将溶液C放入超声波清洗器中进行震荡，同时逐滴加入溶液D，设定超声时间 60min，超声功率500W，超声温度50°C ；
6)将超声反应后的溶液加入水热釜中，控制其填充比为80%，之后密封，在180°C 反应1 ；7)反应结束后，将水热釜取出冷却至室温，将产物进行分离后，分离后的产物分别用去离子水和无水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中进行干燥，得到黑色的硫化钴纳米晶。实施例3 1)取5. 80g的分析纯六水硝酸钴(Co (NO3)2 · 6H20)置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入去离子水，搅拌，配置成40mL的红色透明溶液A ；2)取2. 90g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中搅拌得溶液B ；3)向溶液B中加入4. OmL的质量浓度为2%的溶液，搅拌均勻得溶液C ；4)取0. 68mL的(NH4) 2S置于小烧杯中，并加入去离子水配置成40mL的溶液D ；5)将溶液C放入超声波清洗器中进行震荡，同时逐滴加入溶液D，设定超声时间 15min，超声功率200W，超声温度40°C ；6)将超声反应后的溶液加入水热釜中，控制其填充比为50%，之后密封，在170°C 反应20h ；7)反应结束后，将水热釜取出冷却至室温，将产物进行分离后，分离后的产物分别用去离子水和无水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中进行干燥，得到黑色的硫化钴纳米晶。实施例4 1)取3. 25g的分析纯六水硝酸钴(Co(NO3)2 · 6H20)置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入去离子水，搅拌，配置成40mL的红色透明溶液A ；2)取2. 30g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中搅拌得溶液B ；3)向溶液B中加入1. OmL的质量浓度为2%的溶液，搅拌均勻得溶液C ；4)取0. 55mL的(NH4) 2S置于小烧杯中，并加入去离子水配置成40mL的溶液D ；5)将溶液C放入超声波清洗器中进行震荡，同时逐滴加入溶液D，设定超声时间 20min，超声功率400W，超声温度20°C ；6)将超声反应后的溶液加入水热釜中，控制其填充比为60%，之后密封，在200°C 反应6h ；7)反应结束后，将水热釜取出冷却至室温，将产物进行分离后，分离后的产物分别用去离子水和无水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中进行干燥，得到黑色的硫化钴纳米晶。实施例5 1)取4. 60g的分析纯六水硝酸钴(Co (NO3)2 · 6H20)置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入去离子水，搅拌，配置成40mL的红色透明溶液A ；2)取1. 65g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中搅拌得溶液B ；3)向溶液B中加入3. OmL的质量浓度为2%的溶液，搅拌均勻得溶液C ；4)取0. 32mL的(NH4) 2S置于小烧杯中，并加入去离子水配置成40mL的溶液D ；5)将溶液C放入超声波清洗器中进行震荡，同时逐滴加入溶液D，设定超声时间 40min，超声功率500W，超声温度60°C ；6)将超声反应后的溶液加入水热釜中，控制其填充比为70%，之后密封，在210°C 反应6h ；7)反应结束后，将水热釜取出冷却至室温，将产物进行分离后，分离后的产物分别用去离子水和无水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中进行干燥，得到黑色的硫化钴纳米晶。实施例6 1)取5. OOg的分析纯六水硝酸钴(Co (NO3)2 · 6H20)置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入去离子水，搅拌，配置成40mL的红色透明溶液A ；2)取0. 80g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中搅拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0. SmL的质量浓度为2%的H2S溶液，搅拌均勻得溶液C ；4)取0. 22mL的(NH4) 2S置于小烧杯中，并加入去离子水配置成40mL的溶液D ；5)将溶液C放入超声波清洗器中进行震荡，同时逐滴加入溶液D，设定超声时间 50min，超声功率300W，超声温度70°C ；6)将超声反应后的溶液加入水热釜中，控制其填充比为60%，之后密封，在200°C 反应IOh ；7)反应结束后，将水热釜取出冷却至室温，将产物进行分离后，分离后的产物分别用去离子水和无水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中进行干燥，得到黑色的硫化钴纳米晶。
权利要求
1. 一种水热辅助声化学制备硫化钴纳米晶的方法，其特征在于1)取1.16g-5. 80g的分析纯六水硝酸钴(Co(NO3)2 · 6H20)置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入去离子水，搅拌，配置成40mL的红色透明溶液A ；2)取0.58g-2. 90g乙二胺四乙酸(EDTA)加入溶液A中搅拌得溶液B ；3)向溶液B中加入0.5-4. OmL的质量浓度为2%的溶液，搅拌均勻得溶液C ；4)取0.14mL-0. 68mL的(NH4)2S置于小烧杯中，并加入去离子水配置成40mL的溶液D ；5)将溶液C放入超声波清洗器中进行震荡，同时逐滴加入溶液D，设定超声时间 10-60min，超声功率 200-500W，超声温度 20_80°C ；6)将超声反应后的溶液加入水热釜中，控制其填充比为50% -80 %，之后密封，在 170-210°C反应 6-24h ；7)反应结束后，将水热釜取出冷却至室温，将产物进行分离后，分离后的产物分别用去离子水和无水乙醇清洗，放入80°C的烘箱中进行干燥，得到黑色的硫化钴纳米晶。
全文摘要
一种水热辅助声化学制备硫化钴纳米晶的方法，将六水硝酸钴加入去离子水中得溶液A；将EDTA加入溶液A中搅拌得溶液B；向溶液B中加入H2S溶液得溶液C；将(NH4)2S加入去离子水得溶液D；将溶液C放入超声波清洗器中进行震荡，同时逐滴加入溶液D；将超声反应后的溶液加入水热釜中密封反应；反应结束后，将水热釜取出冷却至室温，将产物进行分离后，分离后的产物分别用去离子水和无水乙醇清洗的干燥得到黑色的硫化钴纳米晶。本发明制备的硫化钴纳米晶形貌可控，为纳米棒状结构，直径约为10nm；且制备工艺简单，操作方便，温度低，能耗小，制备成本较低。
文档编号C01G51/00GK102502887SQ20111037567
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者吴建鹏, 曹丽云, 李意峰, 李碧, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学